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摘要：通過對制氧空壓機(jī)組振動故障的診斷實(shí)踐，得出機(jī)組共振故障的一般特征。這些結(jié)論，對診斷旋轉(zhuǎn)設(shè)備的共振故障具有重要的借鑒意義。
關(guān)鍵詞：空壓機(jī)組；共振；故障診斷
我公司 1.6萬 m3制氧機(jī)組是引進(jìn)法國上世紀(jì)60年代生產(chǎn)的二手設(shè)備，1992年建成投產(chǎn)。其中空壓機(jī)組除當(dāng)年投產(chǎn)試車時出現(xiàn)過振動故障外，運(yùn)行尚屬穩(wěn)定。2003年11月，該機(jī)組由于主電機(jī)轉(zhuǎn)子極包燒損，更換了主電機(jī)。在聯(lián)體試車時，電機(jī)出現(xiàn)強(qiáng)烈振動，不能運(yùn)行。為此，我們對該機(jī)組進(jìn)行了振動監(jiān)測和診斷分析。本文介紹此次機(jī)組故障診斷和治理的實(shí)踐過程和經(jīng)驗(yàn)。
一、機(jī)組結(jié)構(gòu)和測點(diǎn)布置
1．機(jī)組結(jié)構(gòu)和參數(shù)
機(jī)組的結(jié)構(gòu)如圖1所示。電機(jī)通過齒輪驅(qū)動四級H型空壓機(jī)。電機(jī)為同步電機(jī)，功率7650kw，轉(zhuǎn)速1500r／min。壓縮機(jī)風(fēng)量93000m3/h，I、Ⅱ級轉(zhuǎn)速4203r／min，皿、IV級轉(zhuǎn)速617lr／min。
2．測點(diǎn)布置
測點(diǎn)分布在各軸承座處，如圖1所示。水平。垂直和軸向分別記為H、V、A。
二、故障分析
1．故障現(xiàn)象描述
振動監(jiān)測發(fā)現(xiàn)電機(jī)振動具有以下一些特征。
（1）電機(jī)單體試車時，振動狀況良好，測點(diǎn)①、②振動值不大，均在20μm以下。但當(dāng)電機(jī)和壓縮機(jī)聯(lián)體試車時，壓縮機(jī)振動狀況良好，各軸承座處振動均在20μm左右，而電機(jī)振動卻非常劇烈。其中，2003年12月13日，用手持表測得聯(lián)體試車時測點(diǎn)①的H、V和A向振動值分別為66μm、190μm和77μm。
（2）如果在較短時間內(nèi)脫開聯(lián)軸器空轉(zhuǎn)電機(jī)，則電機(jī)不能恢復(fù)到單體試車時的正常狀態(tài)。例如，測點(diǎn)①V的振動速度值在電機(jī)單體試車時不到Imm／s，經(jīng)聯(lián)體試車后，再空轉(zhuǎn)電機(jī)，則增加到14.lmm／s。
（3）電機(jī)同一測點(diǎn)處三個方向上的振動值相差明顯，以垂直方向?yàn)?。
2．故障診斷分析
（1）這次對電機(jī)振動故障的診斷，開始走了一些彎路。最初對電機(jī)進(jìn)行振動頻譜分析時發(fā)現(xiàn)，譜圖中一倍頻分量十分突出，即電機(jī)工頻分量占主導(dǎo)。按常理，此時應(yīng)首先考慮轉(zhuǎn)子存在不平衡故障。對轉(zhuǎn)速為 1500r/min的同步電機(jī)來說，還應(yīng)考慮電氣方面的因素。但是，該電機(jī)兩個測點(diǎn)水平方向的振動值很小，不符合不平衡故障的一般特征。并且，電機(jī)在斷電瞬間振動值立刻顯著降低，表明振動與電氣因素有關(guān)。根據(jù)以上分析，判斷電機(jī)振動故障是由電氣方面的因素引起的。經(jīng)過對電機(jī)電氣參數(shù)重新檢查和調(diào)整，振動故障依然存在，證明上述診斷結(jié)論是錯誤的。
從后來對電機(jī)進(jìn)行升速曲線分析得知，造成誤判的主要原因，是由于將電機(jī)斷電后其振動值立刻顯著降低看成是電機(jī)斷電所帶來的效應(yīng)。實(shí)際上，由于該電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速和其升速曲線上出現(xiàn)振動峰值時的轉(zhuǎn)速過于接近，則斷電后，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會很快遠(yuǎn)離振動峰值處的轉(zhuǎn)速，從而其振動值立刻顯著降低，如圖2所示。如果不借助專門儀器，僅憑人的感覺，則這一現(xiàn)象易被當(dāng)作電機(jī)的斷電效應(yīng)，以致帶來錯誤的診斷結(jié)論。
（2）在經(jīng)過重新調(diào)整磁力中心、更換電機(jī)軸承、調(diào)整電機(jī)軸瓦間隙和緊力、電機(jī)轉(zhuǎn)子重新全速動平衡等，乃至聯(lián)軸器上的聯(lián)接螺栓按重量對稱安裝等一系列檢查和調(diào)整后，電機(jī)振動故障仍不能排除。由此推斷，電機(jī)的振動故障可能是基礎(chǔ)問題引起的機(jī)組共振。
該電機(jī)振動不僅劇烈，而且振幅很不穩(wěn)定，隨時間呈喇叭形急劇增長。例如，在2min的監(jiān)測時間內(nèi)，測點(diǎn)①V的振動位移值從開始的150μm，很快增大到300μm，進(jìn)而達(dá)到600μm。如是機(jī)械或電氣方面的原因所致，則不論其振動如何劇烈，在較短的時間內(nèi)，振動值的增長不會如此迅速。只有發(fā)生自激振動，如油膜振蕩或強(qiáng)制振動引起的共振時，其振動值才會如此迅速增長。
在試車過程中，電機(jī)振動值對油溫的變化并不敏感，沒有跡象表明該振動故障是由軸承油膜振蕩引起的。
但關(guān)于基礎(chǔ)問題引起的機(jī)組共振的結(jié)論，在很長一段時間內(nèi)沒有形成統(tǒng)一意見，特別是基礎(chǔ)經(jīng)一次加固處理后電機(jī)振動仍然沒有消除（后來的事實(shí)證明，主要是因?yàn)樘幚泶胧┎粔驈氐祝?，更加深了一部分人對這一診斷結(jié)論的懷疑。
（3）單就電機(jī)而言，其固有頻率ƒ1與電機(jī)系統(tǒng)的支撐剛度k1；、電機(jī)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量m1；有關(guān)。當(dāng)電機(jī)和壓縮機(jī)聯(lián)機(jī)時，應(yīng)將電機(jī)、聯(lián)軸器、壓縮機(jī)和基礎(chǔ)當(dāng)作一個整體系統(tǒng)來看待。這樣，整個機(jī)組系統(tǒng)的固有頻率發(fā)生了變化。因此不難理解，為什么電機(jī)單體試車時正常，而和壓縮機(jī)聯(lián)體試車時出現(xiàn)強(qiáng)烈共振了。
上述判斷也可從對基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理后測量到的結(jié)果得到印證。該機(jī)組的基礎(chǔ)為一整體框架結(jié)構(gòu)，由若干“日”字形的梁和六根立柱構(gòu)成。電機(jī)和壓縮機(jī)分別安裝在基礎(chǔ)兩端。在處理電機(jī)振動故障過程中，對基礎(chǔ)共進(jìn)行了兩次加固處理。*次，對電機(jī)側(cè)與電機(jī)軸垂直的兩根縱梁加固，并對壓縮機(jī)側(cè)兩根橫梁上的裂紋做了灌膠和表面粘接碳纖維處理。處理后，電機(jī)單體試車時，其振動較基礎(chǔ)未作處理前更好，其中①H、①V、①A分別為4μm、3μm、6μm。聯(lián)體試車時，雖然電機(jī)振動仍然劇烈，但其振動特性較加固前有所改善。從電機(jī)的升
速曲線可以看出，1200r／min至 1470r／min區(qū)間的陡峭形態(tài)有所趨緩。并且，原來電機(jī)三個方向上的振動由垂直方向較為突出，變?yōu)檩S向較為突出。這些現(xiàn)象表明，基礎(chǔ)加固后，系統(tǒng)的振動特性發(fā)生了改變。因此，對基礎(chǔ)進(jìn)行處理的方向是正確的。第二次加固處理后的電機(jī)升速曲線更進(jìn)一步表明，機(jī)組的振動特性得到了明顯改善。
三、故障處理
基礎(chǔ)的第二次加固處理是將壓縮機(jī)測基礎(chǔ)出現(xiàn)裂紋的橫梁和立柱之間用混凝土澆筑成一體，同時對電機(jī)側(cè)的立柱之間用角鋼加固。聯(lián)體試車時，電機(jī)前后軸承座處的振動均降到60μm以下，電機(jī)振動故障得以消除，機(jī)組恢復(fù)了正常運(yùn)行。
四、結(jié)論
通過這次對制氧空壓機(jī)組振動故障的診斷實(shí)踐，可以總結(jié)出機(jī)組共振所具有的一般特征：（1）振動頻譜圖上強(qiáng)制外力的振動頻率分量十分突出；（2）機(jī)組發(fā)生共振時，其振動幅值具有不穩(wěn)定性；（3）當(dāng)機(jī)組共振時，其振動通常表現(xiàn)出很強(qiáng)的單向性。
